KR20130058605A

KR20130058605A - 축류팬

Info

Publication number: KR20130058605A
Application number: KR1020120126270A
Authority: KR
Inventors: 케빈 옌; 시게카즈 미토모
Original assignee: 산요 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2011-11-25
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2013-06-04
Also published as: JP2013113128A; TW201321613A; EP2597314A2; CN103133419A; EP2597314A3; US20130136591A1

Abstract

풍량 및 정압이 큰 축류팬이 제공된다. 축류팬(100)은 회전구동장치(20)의 회전축(21)에 부착된 임펠러(10), 이 임펠러(10)의 지름방향의 외주를 둘러싸고 회전축(21)의 축 방향에 서로 대향하는 흡기구(41) 및 토출구(42)를 가지는 벤튜리 케이싱(30)을 포함한다. 벤튜리 케이싱(30)의 내면은 흡기구(41)를 임펠러(10)의 지름방향 외방으로 확대하는 흡기측 경사부(31), 이 흡기측 경사부(31)로부터 연속하며 임펠러(10)와 함께 유체의 축류를 형성하는 직선부(32), 토출구(42)를 임펠러(10)의 지름방향 외방으로 확대하는 토출측 경사부(34), 그리고 직선부(32)와 토출측 경사부(34)를 묶는 곡선부(33)를 포함한다.

Description

축류팬{AXIAL-FLOW FAN}

본 발명은 임펠러의 지름방향 외주를 둘러싸는 벤튜리 케이싱의 내면형태를 개량한 축류팬에 관한 것이다.

축류팬(axial-flow fan)은 회전 구동장치의 회전축(rotating shaft)에 장착된 임펠러(impeller)의 지름방향 외주에 이 임펠러와 함께 축류(axial flow)를 형성하는 원통 형태의 벤튜리 케이싱(venturi casing)을 구비한다. 축류팬은 구조가 간단하므로, 예를 들면, 퍼스널 컴퓨터의 냉각팬이나, 환기팬(ventilating fan) 등으로 널리 쓰이고 있다.

이 축류팬은 일반적으로 풍량이 크며, 정압이 작다는 송풍특성이 있다. 이러한 축류팬의 송풍특성을 개량하기 위해 임펠러의 구조나 벤튜리 케이싱의 구조가 다양한 방식으로 창안되고 있다.

예를 들면 인용문헌 1에서는 오리피스(orifice)(벤튜리 케이싱)의 단면이 흡기측의 일부 또는 전부가 원호인 원호부, 직선부 및 토출측의 원호부로 구성되며, 흡기측 원호부의 원호반경이 토출측 원호부의 원호 반경보다도 크게 형성되는 송풍장치가 개시되어 있다.

또한, 인용문헌 2에서는 케이싱(벤튜리 케이싱)에 팬의 회전중심과 동심원 형태의 테이퍼면(tapered surface)을 형성하며, 회전 날개에 상기 흡기측 테이퍼면을 따라 경사부를 형성한 축류팬이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허출원 공개 05-133398호 공보 특허문헌 2: 일본 특허출원 공개 2000-179490호 공보

한편, 특허문헌 1의 송풍장치는 흡기측 원호부의 원호반경을 토출측 원호부의 원호반경보다도 크게 형성함으로써 큰 풍량을 얻으면서 저소음화를 실현한다. 그러나 벤튜리 케이싱의 토출구는 토출측 원호부에만 확대되어 있다. 따라서 벤튜리 케이싱의 내면에 의해 토출류의 방향의 방향이 곡선적으로 급변하므로, 토출구가 직선적으로 확대하는 것보다도 최대 정압이 작아지기 쉽다.

한편, 특허문헌 2의 축류팬은 회전 날개의 경사부를 벤튜리 케이싱의 흡기측 테이퍼면을 따라 형성함으로써 난류의 발생을 억제하고 이에 따라 흡입시의 공기의 흐름이 매끄럽게 된다. 그러나 회전날개의 경사부와의 관계에서 벤튜리 케이싱의 흡기측 테이퍼면에 의해 흡기구의 확대가 제약되므로 풍량의 증대에 한계가 있다.

본 발명은, 상기에 비추어 이루어진 것으로, 풍량 및 정압이 큰 축류팬을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 축류팬은 임펠러와 벤튜리 케이싱을 포함한다. 상기 임펠러는 회전 구동 장치의 회전축에 장착된다. 상기 벤튜리 케이싱은 상기 임펠러의 지름방향의 외주를 둘러싸며, 상기 회전축의 축 방향에 서로 대향 하는 흡기구 및 토출구를 포함한다.

상기 벤튜리 케이싱의 내면은 흡기구를 임펠러의 지름방향 외방으로 확대하는 흡기측 경사부와, 상기 흡기측 경사부로부터 연속하며 상기 임펠러와 함께 유체의 축류를 형성하는 직선부와, 토출구를 상기 임펠러의 지름방향으로 확대하는 토출측 경사부와, 상기 직선부와 상기 토출측 경사부를 묶는 곡선부를 포함한다.

상기 토출측 경사부는 상기 토출구를 상기 곡선부로부터 직선으로 상기 임펠러의 지름방향 외방으로 확대한다.

본 발명에 따른 축류팬에 의하면, 흡기측 경사부에 의해 임펠러의 지름방향 외방으로 흡기구를 경사 시켜서 확대하므로, 흡기구의 주변의 유체를 흡기시키는 것이 가능하며, 풍량을 증가시킬 수 있다.

또한, 벤튜리 케이싱의 내면은 임펠러와 함께 축류를 형성하는 직선부와 토출측 경사부가 곡선부로 묶어진다. 이 토출측 경사부는 토출구를 곡선부로부터 직선으로 임펠러의 지름방향 외방으로 확대된다.

따라서, 곡선부에서 토출류의 방향을 곡선으로 변화시킨 후, 직선의 토출측 경사부에 따라 매끄럽게 안내하므로 난류의 발생을 억제하면서 큰 정압을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 축류팬의 요부를 나타내는 단면도이다.
도 3은 비교 예 1의 축류팬의 요부를 나타내는 단면도이다.
도 4는 비교 예 2의 축류팬의 요부를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬의 특성을, 비교 예 1 및 비교 예 2의 특성과의 관계에서 설명한 도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬(axial-flow fan)을 설명한다.

우선 도 1을 참조하여 본 실시 예에 따른 축류팬에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬을 나타내는 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬의 요부를 나타내는 단면도이다.

축류팬(100)은 후술하는 회전 구동장치(20)의 회전축(21)에 장착된 임펠러(impeller)(10)의 회전에 의해 회전축(21)의 축 방향의 일방으로부터 흡기하며, 축 방향의 타방으로 유체를 토출하는 송풍장치이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬(100)은 임펠러(10)의 지름방향(radial direction)의 외주(periphery)를 둘러싸는 케이싱(casing)(30)의 내면 형태를 개량함으로써 풍량 및 최대 정압이 큰 축류팬을 제공할 수 있도록 한다.

본 실시 예에 따른 축류팬(100)은 도 1에서 나타내듯이 회전 구동 장치(20)의 회전축(21)에 장착된 임펠러(10), 이 임펠러(10)의 지름방향의 외주를 둘러싸는 벤튜리 케이싱(venturi casing)(이하 간단하게 "케이싱"이라고 한다)(30)을 구비한다. 더욱이, 본 실시 예의 축류팬(100)은 프레임(40)을 구비한다. 프레임(40)은 상기 회전 구동장치(20)의 베이스부(base part)(22)를 지지하는 동시에 상기 케이싱(30)을 일체적으로 지지한다.

임펠러(10)는 중앙부에 컵 형태의 허브부(hub part)(11)를 가지며, 이 허브부(11)의 주위에 복수의 날개(12)가 방사형태로(radially) 일체적으로 부착된다. 각 날개(12)는 회전축(21)의 축 방향에 대하여 경사지게 설치된다.

허브부(11)의 내부에는 임펠러(10)의 회전 구동장치(20)로서의 모터(20)가 설치된다. 이 모터(20)는 거의 컵 형태의 로터 요크(rotor yoke)(23), 이 로터 요크(23)의 중심부에 압입된 회전축(21), 코일(25)이 감긴 고정자 철심(stator core)(26) 등을 구비한다.

로터 요크(23)는 허브부(11) 내에 삽입된다. 이 로터 요크(23)의 내주면에는 자석(24)이 고착된다.

회전축(21)은 축수(bearing)(27)로 회전가능하게 지지된다. 축수(27)는 원통형태의 지지부(28)의 내면에 고착된다. 이 지지부(28)는 상기 베이스부(22)의 중앙에 형성된 원형의 개구홀(22a)에 일체적으로 고착된다.

고정자 철심(26)은 상기 지지부(27)의 외면에 압입 고정된다. 이 고정자 철심(26)과 로터 요크(23)의 자석(24)은 간격을 두고 대향 한다.

프레임(40)은 예를 들면 합성 수지 등으로 형성되며, 흡기측의 베이스부(22)에 모터(20)를 설치하고 원통형태의 케이싱(30)과 일체적으로 형성되며, 내부에 임펠러(10)를 수용한다. 그리고 베이스부(22)와 케이싱(30)은 방사형태의 스포크(spoke)(43)에 의해 연결된다.

더욱이, 케이싱(30)의 흡기측 및 토출측의 주연(rim)(주변 가장자리)에는 전자기기 등에 프레임(40)을 고정하기 위한 플랜지부(51), 플랜지부(52)가 설치된다. 플랜지부(51) 및 플랜지부(52)는 각각 케이싱(30)의 흡기측 및 토출측으로부터 임펠러(10)의 지름방향의 외방으로 연장되어 설치된다. 플랜지부(51) 및 플랜지부 (52)는 케이싱(30)의 외주벽과 연속하는 정방형상의 장착 부재(mounting member)이다. 플랜지부(51) 및 플랜지부(52) 각각의 네 귀퉁이에는 장착 나사를 나합(螺合)하기 위한 도시되지 않은 나사홀이 형성된다.

따라서 축류팬(100)은 전자 기기의 박스체(housing) 등을 통하여 흡기측 플랜지부(51) 혹은 토출측 플랜지부(52)에 도시되지 않은 장착 나사를 나합 함으로써 이 박스체 등에 부착된다. 예를 들면 본 실시 예의 축류팬(100)을 퍼스널 컴퓨터(PC)용의 냉각 팬으로 사용하는 경우에는 PC의 박스체 내면의 팬(fan) 장착부에 흡기측 플랜지부(51)를 장착한다. 또한, 본 실시 예의 축류팬(100)을 환기팬으로 사용하는 경우는 건물 내벽의 개구부 주연부(rim part)에 토출측 플랜지부(52)를 장착한다.

다음으로, 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 케이싱(30)의 내면 형상에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 축류팬(100)은 상기 케이싱(30)의 내면 형상에 특징이 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 케이싱(30)의 내면은 흡기측으로부터 토출측을 향해 순차적으로 연속되는, 흡기측 경사부(31), 직선부(32), 곡선부(33) 및 토출측 경사부(34)로 구성된다.

흡기측 경사부(31)는 흡기구(suction port)(41)를 임펠러(10)의 지름방향 외방으로 확대하는 부위이다. 본 실시 예의 흡기측 경사부(31)는 원호 등의 곡선으로 형성되며, 흡기구(41)를 곡선적으로 임펠러(10)의 지름방향 외방으로 확대한다. 이것에 한정되지 않고, 흡기측 경사부(31)는 흡기구(41)를 직선적으로 임펠러(10)의 지름방향 외방으로 확대할 수 있다.

이러한 흡기측 경사부(31)에서 흡기구(41)를 경사지게 확대하는 것에 의해, 흡기구(41)의 주변의 유체를 흡기시키고, 축류팬(100)의 풍량(air volume)을 증대시킬 수 있다. 여기서 풍량은 축류팬(100)이 단위 시간당으로 흡기하고 토출하는 공기의 체적이다. 압력비가 클수록 압축에 의해 토출측의 풍량이 적어진다. 따라서, 통상적으로 흡기측의 풍량이 사용된다.

직선부(32)는 상기 흡기측 경사부(31)로부터 연속되며, 이 흡기측 경사부(31)와 상기 곡선부(33)를 직선으로 묶은 부위이다. 이 직선부(32)는 임펠러(10)와 함께 유체의 축류를 형성한다. 이 직선부(32)는 임펠러(10)의 날개(12)의 선단쪽(side edge)과 틈을 두고 대향하며, 이 날개(12)의 선단쪽과 거의 평행으로 토출측으로 연장된다.

곡선부(33)는 상기 직선부(32)로부터 연속하며, 상기 직선부(32)와 후술하는 토출측 경사부(34)를 곡선으로 묶는 부위이다. 본 실시 예의 곡선부(33)는 예를 들면 반경(R) 5mm의 원호로 형성된다. 하지만, 곡선부(33)의 반경은 본 실시 예에 있어서의 반경의 수치에 한정되지 않는다.

이 곡선부(33)와 상기 직선부(32)의 경계는 임펠러(10)의 흡기측 정압과 토출측 정압의 정압 경계선(PL)상에 위치한다. 따라서 상기 곡선부(33)와 상기 직선부(32)의 경계가 케이싱(30)의 내면의 흡기측과 토출측의 경계가 된다.

여기서 정압은 임펠러(10)의 원심력에 의해 발생하는 압력이며, 최대 정압이 클수록 유체가 멀리 도달한다. 흡기측 정압은 음의 정압으로서, OPa로부터 점차 감소하며 PL에서 최소가 된다. 한편, 토출측 정압은 PL선을 경계로 하여 최대정압이되며, 다시 OPa로 서서히 저하하게 된다.

토출측 경사부(34)는 상기 곡선부(33)로부터 연속하며, 토출구(discharge port)(42)를 임펠러(10)의 지름방향 외방으로 확대하는 부위이다. 이 토출측 경사부(34)는 토출구(42)를 곡선부(33)으로부터 직선적으로 임펠러(10)의 지름방향 외방으로 확대한다. 따라서 임펠러(10)를 통과한 토출류는 곡선부(33)에서 임펠러(10)의 지름방향 외방으로 곡선적으로 방향을 바꾼 후 직선적인 토출측 경사부(34)를 따라 매끄럽게 안내된다. 본 실시 예의 토출측 경사부(34)는 수직선에 대하여, 예를 들면 44도의 경사각을 가지지만, 경사각의 수치가 여기에 한정되지는 않는다.

더욱이 본 실시 예에서는 토출측 경사부(34)에 의해 확대된 토출구(42)의 내경은 흡기측 경사부(31)에 의해 확대된 흡기구(41)의 내경보다도 크게 설정된다. 이렇게 토출구(42)의 내경을 흡기구(41)의 내경보다도 크게 설정하므로, 토출류가 축류로부터 사류(diagonal flow)로 된다. 그리고 임펠러의 원심력에 의한 승압작용이 가해져, 충분한 압력 특성이 얻어질 수 있다.

이상과 같이 본 실시 예의 축류팬(100)은 흡기측 경사부(31)에서 흡기구(41)를 경사시켜 확대하는 것에 의해 흡기구(41)의 주변의 유체를 흡기시키고 풍량을 증대시킬 수 있다.

또한, 케이싱(30)의 내면은 토출측 경사부(34)와, 임펠러(10)와 함께 축류를 형성하는 직선부(32)를 곡선부(33)로 묶는다. 그리고 토출측 경사부(34)는 토출구(42)를 상기 곡선부(33)으로부터 직선적으로 임펠러(10)의 지름방향 외방으로 확대한다.

따라서 곡선부(33)에서 토출류의 방향이 임펠러(10)의 지름방향 외방으로 곡선적으로 변화되고, 토출류가 직선적인 토출측 경사부(34)를 따라 매끈하게 안내되므로, 난류의 발생을 억제하면서 큰 정압을 얻을 수 있다.

그러므로 본 실시 예의 축류팬(100)은 곡선부(33)와 직선적인 토출측 경사부(34)를 조합하여 토출구(42)를 확대함으로써 난류의 발생을 억제하고, 풍량 및 최대 정압의 큰 송풍특성을 얻을 수 있다는 유리한 효과를 가져 온다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명했으나, 이것은 본 발명의 설명을 위한 예시이며, 본 발명의 범위를 이들의 실시 예에만 한정한다는 취지는 아니다. 본 발명은 그 취지를 벗어나지 않는 범위에서 상기 실시 예는 다른 여러 형태로 실시할 수 있다.

실시 예

이하, 실시 예 및 비교 예를 들어, 본 발명에 관한 축류팬을 더 상세하게 설명하지만, 본 발명이 본 실시 예에 한정하는 것은 아니다.

<실시 예>

다시 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 관한 축류 팬의 실시 예에 대하여 설명한다. 본 실시 예에서는 도 1 및 도 2에 도시된 축류팬(100)을 제작했다. 실시 예의 축류팬(100)은 상술한 대로 케이싱(30)의 토출측 내면은 곡선부(33) 및 토출측 경사부(34)로 형성된다. 곡선부(33)의 반경(R)은 5mm로 설정된다. 또한, 토출측 경사부(34)는 수직선으로부터 44도로 설정된다.

실시 예의 축류팬(100)의 송풍특성은 유속, 최대풍량, 최대정압, 소음 및 소비전력에 대하여 측정하며, 후술하는 비교 예 1 및 2와 비교하여 검증한다.

<비교 예 1>

도 3을 참조하여, 비교 예 1의 축류팬(200)에 대하여 설명한다. 도 3은 비교 예 1의 축류팬의 요부를 나타내는 단면도이다. 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 설명한다.

비교 예 1의 축류팬(200)은 도 3에 도시된 바와 같이 케이싱(60)의 토출측의 내면형상이 실시 예와 다르다. 비교 예 1에 있어서 케이싱(60)의 내면은 흡기측으로부터 토출측을 향해 순차적으로 연속하는, 흡기측 경사부(31), 직선부(32) 및 토출측 경사부(64)로 구성된다.

흡기측 경사부(31) 및 직선부(32)는 실시 예와 동일하게 형성된다. 또한, 토출측 경사부(64)는 토출구(42)를 직선적으로 확대하며, 수직선으로부터 53도의 경사각으로 설정된다. 즉, 비교 예 1의 축류팬(200)은 케이싱(60)의 내면의 토출측이 직선적인 토출측 경사부(64)만으로 형성된다.

비교 예 1의 축류팬(200)의 송풍특성은 유속, 최대풍량, 최대 정압, 소음 및 소비전력에 대하여 측정하며, 실시 예 및 비교 예 2와 비교하여 검증한다.

<비교 예 2>

도 4를 참조하여, 비교 예 2의 축류팬(300)에 대하여 설명한다. 도 4는 비교 예 2의 축류팬의 요부를 나타내는 단면도이다. 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 설명한다.

비교 예 2의 축류팬(300)은 도 4에 도시된 바와 같이, 케이싱(70)의 토출측의 내면형상이 실시 예 및 비교 예 1과 다르다. 비교 예 2의 케이싱(70)의 내면은 흡기측으로부터 토출측을 향해 순차적으로 연속하는, 흡기측 경사부(31), 직선부(32) 및 토출측 원호부(74)로 구성된다.

흡기측 경사부(31) 및 직선부(32)는 실시 예 및 비교 예 1과 동일하게 형성된다. 또한, 토출측 원호부(74)는 토출구(42)를 곡선적으로 확대하며, 반경(R)이 7.72mm인 원호로 설정된다. 즉, 비교 예 2의 축류팬(300)은 케이싱(60)의 내면의 토출측이 토출측 원호부(64)만으로 구성된다.

비교 예 2의 축류팬(300)의 송풍특성은 유속, 최대풍량, 최대정압, 소음 및 소비전력에 대하여 측정하며, 실시 예 및 비교 예 1과 비교하여 검증한다.

<실시 예와 비교 예 1 및 2의 송풍특성의 검증>

도 5는 실시 예의 축류팬의 특성을 비교 예 1 및 2의 특성의 관계에서 설명하는 도이다.

도 5에서 나타내듯이, 실시 예, 비교 예 1 및 2의 유속은 5850[min^-1]이며, 모두 동일한 수치를 나타낸다.

실시 예 및 비교 예 2의 최대풍량은 1.74[m³/min]으로 동일한 수치를 나타낸다. 그러나 비교 예 1의 최대 풍량은 1.70[m³/min]으로, 실시 예 및 비교 예 2의 최대 풍량보다 약하다. 따라서 최대풍량에 대해서는 토출구(42)를 곡선적으로 확대하는 편이 직선적으로 확대하는 것보다도 큰 풍량을 얻을 수 있다고 생각된다.

실시 예 및 비교 예 1의 최대정압은 각각 112.9[Pa], 112.8[Pa]이며, 거의 동일한 수치를 나타낸다. 그러나 비교 예 2의 최대 정압은 109.0[Pa]이며, 실시 예 및 비교 예 1의 최대 정압보다도 약하다. 최대 정압에 대해서는 토출구(42)를 직선으로 확대하는 편이 곡선적으로 확대하는 것보다도 큰 정압을 얻을 수 있다고 생각된다.

실시 예, 비교 예 1 및 비교 예2의 소음은 각각 44.2[dB], 44.3[Db], 44.2[dB]이며, 거의 동일한 수치를 나타낸다.

실시 예 비교 예 1 및 비교 예 2의 소비전력은 각각 3.35[W], 3.30[W], 3.35[W]이며, 거의 동일한 수치를 나타낸다.

즉, 실시 예에 의하면, 곡선부(33)와 직선적인 토출측 경사부(34)를 조합하여 토출구(42)를 확대함으로써 풍량 및 정압의 큰 축류팬(100)을 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 축류팬은 예를 들면 퍼스널컴퓨터, 전원장치 등의 전자 기기의 냉각팬이나, 환기팬 등에 널리 적용된다.

10 임펠러
20 회전 구동장치
21 회전축
30 벤튜리 케이싱
31 흡기측 경사부
32 직선부
33 곡선부
34 토출측 경사부
41 흡기구
42 토출구
100 축류팬
PL 정압 경계선

Claims

회전 구동장치의 회전축에 장착된 임펠러; 그리고
상기 임펠러의 지름방향의 외주를 둘러싸고, 상기 회전축의 축 방향에 서로 대향하는 흡기구 및 토출구를 포함하는 벤튜리 케이싱을 포함하는 축류팬으로,
상기 벤튜리 케이싱의 내면은:
상기 흡기구를 상기 임펠러의 지름방향 외방으로 확대하는 흡기측 경사부;
상기 흡기 경사부로부터 연속하고 상기 임펠러와 함께 유체의 축류를 형성하는 직선부;
상기 토출구를 상기 임펠러의 지름방향 외방으로 확대하는 토출측 경사부; 그리고
상기 직선부와 상기 토출측 경사부를 연결하는 곡선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 축류팬.
제1항에 있어서,
상기 직선부와 상기 곡선부의 경계는 상기 임펠러의 흡기측 정압과 토출측 정압 사이의 정압 경계선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 축류팬.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 토출측 경사부에 의해 확대된 상기 토출구의 내경은 상기 흡기측 경사부에 의해 확대된 상기 흡기구의 내경보다도 큰 것을 특징으로 하는 축류팬.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 토출측 경사부는 상기 토출구를 상기 곡선부로부터 직선으로 상기 임펠러의 지름방향 외방으로 확대하는 것을 특징으로 하는 축류팬.